[发明专利]一种电子设备能耗测量方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及能耗测量技术，特别涉及一种电子设备能耗测量方法及系统。

背景技术

目前，现有技术方案缺少针对电子设备（特别是智能终端设备）兼顾实时与并行的高精度能耗测量方法及系统。根据调研，现有技术能耗测量方法及系统可以分为以下4类：

（1）基于仪器仪表的能耗测量方法

本方法是采用通用仪器仪表（如，高精度万用表、存储记录仪、功率计、高精度数字滤波器等），通过通用探针接入待测电子设备的总供电或者某个模块供电线路中，从而得到电子设备实时的电流、电压进而计算功率值。

问题：1）由于通用仪器仪表测量通道数量有限，无法进行多测量点并行测量；2）由于通用仪器仪表与专用探针成本较高；3）通用仪器仪表存储检测数据存储空间有限，并且通常不具有向计算机等上位机同步转存的功能，因此，无法满足长时间检测的要求；4）检测粒度粗：无法实现微观粒度（如，芯片级，指令级，bit级等）测量。

（2）基于先验能耗测量数据的能耗分析方法

本方法是根据硬件工作电压以及此时硬件器件工作的状态估算整体能耗。本方法通过分析某基带通信芯片在各工作状态能耗情况，阐述了一种应用于射频和模拟前端的系统级能耗模型。

问题：1）此方法严重依赖芯片出厂检测电气性能数据，忽略了电子设备运行时不同应用、进程、不同工作环境对于能耗值的影响，以及系统中多器件间的互相作用于能耗的影响，能耗测量精度很难保证；2）无法对电子设备运行时不同应用、进程、工作环境对能耗值的影响做出高精度的反映。

（3）基于经典数学近似模型的近似能耗分析方法

本方法是基于已知的经典数学分析近似模型（如，针对于CPU的能耗估算模型P＝C·f·V²，其中，C表示等效负载电容，V表示加载电压，f表示器件运行频率）进行能耗估算检测。

问题：由于电子器件受到应用环境和应用实例的影响，因此，无法通过简单的数学分析方法建立对应数学模型，而为了达到分析目的所建立的简化数学模型通常误差较大。

（4）基于软件的能耗仿真方法

本方法是使待测程序进入功耗仿真软件，通过预设电子设备的主要硬件器件电气参数计算判断可能产生的能耗；或者通过使用峰值功耗估算模拟软件对特定应用程序在指定电子电路中的能耗情况进行了仿真；或者使用指令级功耗仿真器对一些实时嵌入式操作系统进行了功耗仿真，并比较分析能耗数据为系统改进提供了建议。

问题：1）本方法主要针对于电子设备的主要硬件单元，且由于无法兼顾到除能耗仿真软件划定参数外的因素（如，温度，湿度，电气老化）对电子设备的影响，仿真检测的结果准确性不高；2）软件设计通常是基于上述方法（3）——基于经典数学近似模型的近似能耗分析方法所设计，因此，其精度低的缺点被继承。

综上，现有技术存在以下缺点：

问题1：检测粒度粗：无法实现微观粒度（如，芯片级，指令级，bit级等）测量

现有能耗测量技术仅针对电子设备整体能耗状态进行测量，如，采用通用仪表的检测方法中，通常是针对电子设备的总供电进行能耗测量，无法实现微观粒度（如，芯片级，指令级，bit级等）。另外，采用先验能耗测量数据进行能耗测量的方法无法对电子设备运行时不同应用、进程、工作环境对能耗值的影响做出高精度的反映。

问题2：无法在线实时观测

采用通用仪器仪表设备进行能耗检测时，仅支持线下能耗检测，即在能耗数据检测任务结束后，仪器仪表将检测数据统一上传到上位机。监视人员无法通过不同的渠道进行能耗数据检测分析。

问题3：无法并行测量

由于通用仪器仪表测量通道数目有限，无法进行多测量点的并行测量。另外由于通用仪器仪表的存储检测空间有限，并且大多数并不具备实时同步上传数据功能，因此无法长时间进行实时能耗检测。

问题4：测量精度低

采用传统数学建模的方法（如，上面提到的根据P＝CfV²）对系统进行能耗估算时，由于目前只针对几个常用器件（如，CPU，内存等）设计了数学分析模型，因此，首先无法满足对所有硬件器件能耗进行估算的目的，另外由于电子设备运行时收到不同应用程序执行流程的影响，因此，检测的精度通常较低。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，提供一种能够对电子设备的各功能模块的能耗进行实时、并行测量方法及系统，从而实现电子设备微观粒度的能耗实时、并行测量。